16122集中運(yùn)輸上山瓦斯抽放設(shè)計(jì)
第一章 地質(zhì)、水文、瓦斯儲(chǔ)量
第一節(jié) 煤層地質(zhì)概況
一、巷道范圍
16122集中運(yùn)輸巷上部為15123回風(fēng)巷和15122運(yùn)輸巷，南側(cè)為風(fēng)井留設(shè)的井筒保護(hù)煤柱。位于焦煤井中央采區(qū)6#煤層風(fēng)井以北，水平標(biāo)高+1685米——+1740米，地面標(biāo)高+1850米～+1820米。巷道傾向長(zhǎng)376米。
二、工作面煤層地質(zhì)與賦存
16122集中運(yùn)輸巷位于焦煤井井田中部，6#煤層為單斜構(gòu)造，賦存條件比較穩(wěn)定，巷道施工范圍內(nèi)煤層厚度、傾角變化有規(guī)律，施工期間無(wú)斷層、褶鄒地質(zhì)構(gòu)造帶的影響。
6#煤層特征表：
三、煤質(zhì)
1、物理性質(zhì)：
（1）、宏觀特征：呈黑色，條痕棕黑色，玻璃光澤至強(qiáng)玻璃光澤，容重1.31～1.42，硬度2～3級(jí)。斷層附近的煤層，由于受擠壓多呈頁(yè)片狀。原煤易碎，0～25mm的混末煤較多，塊煤較少。
煤巖類型以光亮型、半光亮型為主，半暗型、暗淡型較少，呈均一狀、條帶狀構(gòu)。
（2）、微觀特征：在顯微鏡下觀察各層顯微類型基本一致，多為亮煤類，顯微結(jié)構(gòu)多為均勻狀。
煤巖組分：有機(jī)質(zhì)一般以凝膠化物質(zhì)為主，占72～98.1％，絲炭化物質(zhì)在6.5％以下。無(wú)機(jī)質(zhì)一般占2.4～25.5％，以粘土類為主。
2、煤的化學(xué)性質(zhì)：
（1）、變質(zhì)程度；屬中變質(zhì)煉焦煤，各煤層由東向西變質(zhì)程度增高。
（2）、揮發(fā)份（Vr）：隨變質(zhì)程度的增高由東向西，由淺而深逐漸降低。
（3）、膠質(zhì)層（y）：向西、深部及底板方向y值逐漸降低，牌號(hào)升高。
四、瓦斯、煤層和煤的自燃性
1、瓦斯
根據(jù)礦井瓦斯鑒定結(jié)果，礦井瓦斯等級(jí)為低級(jí)，絕對(duì)瓦斯涌出量0.665m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量8.87m3/min；絕對(duì)二氧化碳涌出量0.773m3/min。根據(jù)16122工作面掘進(jìn)期間曾多次出現(xiàn)瓦斯異?，F(xiàn)象，主要表現(xiàn)為炮眼內(nèi)瓦斯壓力過(guò)大，有瓦斯噴出的“咝咝”聲，水溝中有氣體溢出氣泡。短時(shí)間停風(fēng)，極易造成工作面瓦斯?jié)舛瘸蕖１揪蜻M(jìn)工作面劃分為低瓦斯礦井的瓦斯異常區(qū)。
2、煤塵
依據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供資料，煤塵爆炸指數(shù)（Vr）一般在54.9％左右，撲滅火焰的最低巖粉量在25％～75％之間，井田內(nèi)各煤層的煤塵均具爆炸性。
3、煤的自燃
依據(jù)地質(zhì)報(bào)告提供資料，井田各煤層淺部風(fēng)氧化帶內(nèi)，燃點(diǎn)溫度306℃～325℃，自燃指數(shù)（T）＝33℃～39.5℃，煤層有自燃發(fā)火傾向。風(fēng)氧化帶以下煤層燃點(diǎn)溫度381℃～402℃，自燃指數(shù)（T）＝9℃～14℃，煤層不易自燃。
五、工作面通風(fēng)
礦井通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式，選用2臺(tái)FBDCZ—No19/185*2型煤礦地面用防爆抽出式對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)（一臺(tái)備用、一臺(tái)使用），風(fēng)量42.5—90.5 m3/S，風(fēng)壓1166—3417Pa，采用變頻器調(diào)節(jié)井下供風(fēng)量。工作面選用2BKJ№6.0/3×22對(duì)旋式局扇]型局部通風(fēng)機(jī)，可滿足掘進(jìn)工作面的風(fēng)量要求，并符合有關(guān)規(guī)定。為保證迎頭正常供風(fēng)的需要，選擇雙風(fēng)和雙電源方式供風(fēng)。
第二章 瓦斯抽放方法設(shè)計(jì)
一、抽放方法選擇
（一）巷道瓦斯抽放
根據(jù)16122集中運(yùn)輸上山瓦斯時(shí)常超限的現(xiàn)象，需要對(duì)巷道瓦斯進(jìn)行抽放，抽放方法：在掘進(jìn)好的運(yùn)輸上山兩幫每隔50米做一個(gè)瓦斯抽放硐室，硐室要求能放得下鉆機(jī)（長(zhǎng)3米、寬3米、高2.5米）；鉆機(jī)在硐室內(nèi)，延煤層傾向，水平轉(zhuǎn)角6°打一深孔，深孔長(zhǎng)度80米,；在偏轉(zhuǎn)12°延煤層傾角打一深孔，深孔長(zhǎng)度80米；對(duì)巷道兩側(cè)煤壁進(jìn)行瓦斯抽放。
二）瓦斯抽放管路布置
二、瓦斯抽放管路的敷設(shè)
1、敷設(shè)管路：根據(jù)瓦斯抽放點(diǎn)布置情況，將移動(dòng)式瓦斯抽放泵站安設(shè)在井底車場(chǎng)，采用Φ100mmPE管做瓦斯抽放管路，鋪設(shè)在16122排水聯(lián)絡(luò)巷至16122集中運(yùn)輸上山；另鋪設(shè)一趟Φ100mmPE管從移動(dòng)式瓦斯抽放泵站至風(fēng)井作為瓦斯排放管路，將抽放的瓦斯通過(guò)排放管路排放至風(fēng)井再排放至地面。
2、匯總管路低洼處要設(shè)置放水器；
3、巷道轉(zhuǎn)彎時(shí)，要加設(shè)彎頭，彎度要與巷道一致；
4、管路敷設(shè)好后，要進(jìn)行試漏氣試驗(yàn)，一般用“U”型壓力計(jì)。一邊試一邊堵漏氣點(diǎn)，這樣壓力逐漸上升。漏氣量應(yīng)小于3m3/1000m。
三、瓦斯抽放泵站的選型及打鉆工藝
1、根據(jù)掘進(jìn)工作面局部瓦斯涌出量異常的特點(diǎn)，選用BJW15YJ型煤礦井下移動(dòng)式瓦斯抽放泵站。該裝備具有移動(dòng)、安裝方便、體積小、成本低、效率高等特點(diǎn)。同時(shí)具有管道瓦斯檢測(cè)、工作環(huán)境瓦斯檢測(cè)、超限報(bào)警斷電、停水?dāng)嚯姟⒑闼豢刂?、流量測(cè)定等功能。能夠適于井下各種抽放瓦斯方法。
2、鉆機(jī)
根據(jù)對(duì)巷道瓦斯抽放需要，使用ZY-650型液壓鉆機(jī)能滿足瓦斯抽放的一般要求：
a、電機(jī)及附屬電器必須防爆；
b、鉆機(jī)體積小、輕便或解體方便，適宜于井下巷道狹窄空間，便于搬遷；
c、鉆機(jī)應(yīng)能打任意角度（水平、上向、下向）的鉆孔；
d、在煤與瓦斯突出煤層打鉆孔，一般選用全液壓或風(fēng)動(dòng)鉆孔。
根據(jù)5#煤層運(yùn)輸巷特點(diǎn)，鉆機(jī)選用本設(shè)計(jì)建議采用重慶生產(chǎn)的ZY-650型液壓鉆機(jī)。鉆進(jìn)深度為150m，鉆孔傾角-90º- +90º，鉆桿直徑42mm。且還可作為探礦、探水等用途使用。
3、鉆桿
采用42mm直徑鉆桿，要求抗裂強(qiáng)度為55～65kg/mm，延展率不小于12％的無(wú)縫鋼管制成。
4、鉆頭
根據(jù)焦煤分公司煤巖特點(diǎn)，5#煤層內(nèi)有夾矸，選用直徑85mm金鑠鉆頭。
四、封孔及連接
1、封孔方法
采用水泥沙漿封孔，即用400號(hào)以上的硅酸鹽水泥、砂子與水混合攪拌而成。砂子顆粒直徑為0.15～1.5mm，水泥與砂子的質(zhì)量比為1：2.5。封孔長(zhǎng)度為6 m，使用專用封孔機(jī)封孔，沙漿封滿眼口，確保封孔質(zhì)量。
1—壓力表；2—木楔；3—測(cè)壓管；4—煤層；5—水泥漿；6—注漿管；7—注漿泵
圖2 注漿封孔測(cè)壓封孔示意圖
圖3 鉆孔木楔加工示意圖
2、鉆孔與管路的連接
水泥沙漿需經(jīng)24小時(shí)凝固后才可與抽放瓦斯管連接。鉆孔與抽放瓦斯管連接方式是Φ108法蘭上焊Φ50管倒叭絲，用Φ80鋼絲管連接。每100m支管路上設(shè)置孔板流量計(jì)、觀測(cè)嘴、閥門(mén)及Φ219管道放水器，管道放水器下面接專用放水器（見(jiàn)附圖）。封孔裝置與抽放管路之間用鋼絲管連接，用3mm的扃鐵做的卡環(huán)緊固牢，便于連接裝置的拆裝。
因16122運(yùn)輸巷水壓0.9MPa，而打鉆需要3-5 MPa壓力，給打鉆工作造成很大困難。打鉆時(shí)，必須等返水下來(lái)后，才能繼續(xù)往前，不得操之過(guò)急。否則，就會(huì)堵塞鉆頭出水眼，鉆孔不出渣，卡鉆，退不了鉆，而造成丟失鉆頭和鉆桿。
五、瓦斯抽放管路選擇
1、瓦斯抽放管管徑計(jì)算
抽放瓦斯管路經(jīng)濟(jì)管徑采用下列計(jì)算公式：
D=0.1457(Q/V)1/2
式中：D----瓦斯管內(nèi)徑，m；Q----瓦斯流量，1.96m3/min；
V----瓦斯在管路中的平均流速，m/s，一般取5～15m/s。
所以D=0.1457(Q/V)1/2＝0.1457（1.96/5）1/2＝91mm
所以選擇管徑為Φ108 mm。
2、管材選擇
瓦斯抽放管材的選擇，必須考慮運(yùn)輸、安裝和使用的便利性，同時(shí)必須考慮其強(qiáng)度高，耐腐蝕，抗靜電，防阻燃，所以選擇管徑為Φ100 mmPE管。
3、管路接頭
（1）瓦斯管路的連接裝置，包括彎管、三通、放水器、孔板流量計(jì)和鋼絲管等。
（2）閥門(mén)
在瓦斯主、干管、鉆孔連接裝置以及認(rèn)為需要的地點(diǎn)，都必須設(shè)置閥門(mén)。選用長(zhǎng)沙閥門(mén)廠生產(chǎn)的DX型金屬硬密封蝶閥。
4、測(cè)壓嘴
測(cè)壓嘴長(zhǎng)度為50mm，直徑為10 mm，平時(shí)用細(xì)膠管套緊，確保與管外空氣隔絕。
5、計(jì)量裝置
采用標(biāo)準(zhǔn)孔板流量計(jì)（PKL系列）來(lái)測(cè)定管路瓦斯流量?？装辶髁坑?jì)安裝在匯總管到支管路之間。
要求：
a、孔板與管道同心，端面與管道軸線垂直，偏心度<1～2°；開(kāi)孔的圓筒一側(cè)為進(jìn)氣端面，開(kāi)孔的圓錐一側(cè)為出氣端面；
b、孔板前后要求5m的直線段；
c、孔板前后長(zhǎng)度為2D的一段管道內(nèi)壁上，不得有焊縫和其它突出物；
d、孔板前后D處和孔板后1/2D處預(yù)先焊接兩個(gè)測(cè)壓嘴，直徑≤0.03D。
第三章 勞動(dòng)組織
瓦斯抽放作業(yè)人員
第四章 鉆孔施工注意事項(xiàng)及安全措施
一、鉆機(jī)施工的安全技術(shù)措施
鉆機(jī)到位后，對(duì)鉆場(chǎng)頂板，煤幫要勘察清楚，確實(shí)沒(méi)有問(wèn)題，然后安裝固定，一般要打4～6根臨時(shí)支柱支護(hù)，按設(shè)計(jì)要求的鉆孔方位角和傾角確定鉆孔開(kāi)口位置和角度，根據(jù)鉆孔的用途和封孔方法采用相應(yīng)的施工程序和工藝。一般抽放孔采用全面鉆進(jìn)，先鉆孔后封孔。在施工期間需要注意的事項(xiàng)：
1、鉆孔施工防止瓦斯涌出事故
(1)鉆機(jī)配備的電機(jī)必須是防爆型；
(2)配備瓦斯檢定器及警報(bào)器，定期檢查瓦斯?jié)舛?，一旦瓦斯超限，必須立即停鉆處理；
(3)鉆場(chǎng)內(nèi)使用的敲擊工具必須用銅制造；
(4)如果鉆孔施工中瓦斯太大，用常規(guī)辦法無(wú)法解決，可采用邊鉆進(jìn)邊抽放瓦斯的辦法；
2．防止煤與瓦斯突出事故
(1)在突出危險(xiǎn)煤層打鉆孔時(shí)，鉆探工人必須經(jīng)過(guò)專門(mén)培訓(xùn)，掌握煤與瓦斯突出預(yù)兆，熟悉避災(zāi)路線和待避地點(diǎn)，并隨身攜帶自救器；
(2)鉆機(jī)與孔口之間應(yīng)設(shè)置擋板或擋攔，以保護(hù)鉆工不致被突出的煤、巖粉打傷；
3.防止機(jī)械傷人事故
(1)鉆工必須衣著整齊利索，以免被機(jī)械絞傷；
(2)鉆機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的防護(hù)裝置及保護(hù)外罩必須完整無(wú)缺；
(3)開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)前應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，分工要明確，操縱鉆機(jī)應(yīng)動(dòng)作協(xié)調(diào)，達(dá)到準(zhǔn)確無(wú)誤。
二、鉆機(jī)施工常見(jiàn)的故障
1．塌孔
主要是兩個(gè)原因，一是由于鉆孔穿過(guò)松軟易碎煤層、地質(zhì)構(gòu)造帶、裂隙發(fā)育的煤巖層容易塌孔；另一個(gè)是施工工藝過(guò)程中鉆桿彎曲，旋轉(zhuǎn)后發(fā)生劇烈震動(dòng)引起塌孔。
2.卡鉆
造成卡鉆的原因很多，主要有沖洗液量小，鉆具不符合要求，穩(wěn)定性差，煤巖層松軟，易塌孔掉塊；停鉆或交接班時(shí)未及時(shí)后退鉆桿，鉆孔瓦斯大等原因易造成卡鉆。
3．?dāng)鄺U
主要由鉆進(jìn)過(guò)程中卡鉆造成的鉆具阻力過(guò)高，旋轉(zhuǎn)扭矩突然上升，或者卡鉆后強(qiáng)拔硬頂都有可能造成鉆桿折斷。鉆桿折斷后，必須使用公錐或母錐撈取。
4．鉆頭脫落
主要原因是鉆頭與鉆桿接頭螺紋磨損嚴(yán)重，鉆機(jī)開(kāi)動(dòng)后突然倒轉(zhuǎn)都可能引起鉆頭脫落。
5．鉆桿脫落
鉆桿接頭螺紋磨損嚴(yán)重，鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)突然倒轉(zhuǎn)，或卡鉆后倒轉(zhuǎn)鉆機(jī)等原因引起鉆桿脫落。
防止和及時(shí)處理鉆孔施工故障，是礦井抽放瓦斯銜接工程的重要保障，一定要引起足夠的重視。
鉆機(jī)工是一個(gè)熟練工種，必須具備相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)，打鉆過(guò)程中要嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，正確掌握給進(jìn)速度、正確控制給進(jìn)壓力、適當(dāng)調(diào)整沖洗液量。當(dāng)發(fā)現(xiàn)卡鉆后，不應(yīng)突然停鉆，要根據(jù)情況及時(shí)沖洗鉆屑，慢速鉆進(jìn)或退鉆。一旦發(fā)生斷桿或鉆桿脫落、鉆頭脫落現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)打撈。
三、排放瓦斯安全技術(shù)措施
1、將掘進(jìn)工作面抽出的瓦斯通過(guò)管道排放到風(fēng)井時(shí)，在排放瓦斯管路出口必須設(shè)置柵欄、懸掛警戒牌等。柵欄設(shè)置的位置時(shí)上風(fēng)側(cè)距管路出口5m、下風(fēng)側(cè)距管路出口30m，兩側(cè)柵欄間禁止任何作業(yè)。
2、在下風(fēng)側(cè)柵欄處必須設(shè)甲烷斷電儀或礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)的甲烷傳感器，巷道風(fēng)流中瓦斯?jié)舛瘸迺r(shí)，能及時(shí)實(shí)現(xiàn)報(bào)警。
